DE1773501B2 - Wirbelstromsonde zur fehlerpruefung von werkstuecken - Google Patents
Wirbelstromsonde zur fehlerpruefung von werkstueckenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Wirbelstromsonde zur Fehlerprüfung von Werkstücken aus elektrisch leitendem
Material, bestehend aus einem Kern aus ferromagnetischem Material, einer Primärwicklungsanordnung
lur Erregung des Kernes mit einem magnetischen Wechselfeld und zur Erzeugung von Wirbelströmen in
<len zu prüfenden Werkstücken sowie aus einer Sekundärwicklungsanordnung
zum Empfang von Signalen, die durch von den Wirbelströmen erzeugte Magnetfelder
in der Sekundärwicklungsanordnung induziert werden, wobei die dem Prüfteil zugewandte Seite des Kernes
in mehrere Arme aufgeteilt ist, auf die Primär- und Sekundärwicklungsanordnung aufgebracht sind.
Im Journal of Applied Physics, Bd. 13, Juni 1942, S. 377 bis 383, wird eine dem oben Gesagten entsprechende
Wirbelstromsonde für die Prüfung von Punktschweißstellen beschrieben. Diese weist einen im wesentlichen
C-förmigen Kern aus ferromagnetischem Material auf, dessen beide seitliche Arme mit Erregerwicklungen
versehen sind, sowie einen zwischen den beiden Armen des ersten Kernes auf diesem aufsitzenden
dünnen zweiten Kern, der eine Empfängerwicklung trägt. Die beiden Erregerwicklungen sind so gepolt,
daß die in der Empfängerwicklung induzierten Spannungen sich herausheber., solange den Polen des Kernes
eine homogene Piüf-.eiloberfiäche gegenübersteht.
Die Empfindlichkeit einer solchen Sonde auf sehr kleine Oberflächeninhomogenitäten ist jedoch auf Grund
ihres geometrischen Aufbaus nicht besonders groß. Ein
"° weiterer Nachteil der Sonde besteht darin, daß ein
leichtes Verkanten der 5.onde gegenüber der Prüfteiloberfläche sehr starke, die gesuchten Fehlersignale
häufig überdeckende Störsignale in der Empfängerwicklung zur Folge hat. v'on Nachteil ist auch, daß die
'5 Sonde sorgfältig abgeglichen sein muß.
Aus BE-PS 6 52 471 ist eine Wirbelstromsonde bekannt,
die an ihrer Spitze eine 8-förmige Erregerwindung trägt und deren Enipfängerwicklung sich in SoIenoidform
an die Erregerwindung anschließt. Der zylindrische Spulenkörper kann aus ferromagnetischem
Material sein. Ein Hauptr.achteil dieser Sonde iiegt darin
begründet, daß wegen des offenen magnetischen Kreises die Feldstärke s( hr schnell abnimmt mit zunehmendem
Abstand von df-r Erregerwindung. Auch wenn ein Stiftkern aus ferromagnetischem Material beim
Aufbau dieser Sonde benutzt wird, fällt bereits bei einem Abstand von 1 mm zwischen Sondenspitze und
Prüfteiloberfläche die Fchlerempfindlichkeit der Sonde si.f einen kleinen Bracht.:il ihres ursprünglichen Wertes
ab. Auch wenn, wie im veitercn Verlauf der Beschreibung noch erläutert wird, eine Ausregelung der abstandsbedingten
Empfin ilichkeitsänderung möglich ist, bleibt bei der vorstehen .1 beschriebenen Sonde nur ein
eingeschränkter Regelbereich übrig.
Der Erfindung liegt d:e Aufgabe zugrunde, eine Wirbelsiromsonde
der eing; ngs genannten Art zu schaffen, die Wirbelstromrückwiikungen eng benachbarter Bereiche
einer Prüfteilobe-fläche miteinander vergleicht, um bereits bei kleinen Überfiächeninhomogenitäten zu
brauchbaren Signalamp ituden zu gelangen. Ferner soll die Fehlerempfindlichkeit der Sonde mit zunehmendem
Abstand nur relativ lauf sam abnehmen und die Entstehung
von Störspannur gen durch Abstandsänderung oder Verkanten der Solide praktisch auf unbedeutende
Werte beschränkt bleuen. Schließlich soll die Sonde einfach herzustellen sein. Abgleicharbeiten sollen möglichst
weitgehend entfal en.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die dem Prüfteil zugewandte Seite des aus einheitlichem
Material getildeten Kernes durch zwei Einschnitte in drei Hauptarme und der mittlere dieser
Hauptarme durch einer weiteren, zu den beiden vorgenannten Einschnitten senkrecht verlaufenden Einschnitt
in zwei Nebenarme geteilt werden, daß die beiden äußeren Hauptarme jeweils wenigstens eine Wicklung
der Primärwicklungsanordnung tragen und daß die Sekundärwicklung η einer Anzahl 8-förmiger Einzelwindungen
um die beiden Nebenarme geschlungen ist.
Mit einer derartigen Sonde lassen sich auch für kleine Fehler hohe Signaleinpfindlichkeiten realisieren. Die
Wirbelstromerregung über die drei an die Prüfteiloberfläche herangeführten Hauptarme gewährleistet einen
relativ großen Abstancsbereich mit brauchbarer Emp-
findlichkeit. Die Behandlung des Kernes durch Hersteilung
der Einschnitte isi einfach. Nur der Einschnitt des mittleren Hauptarmes benötigt eine etwas höhere Genauigkeit.
Diese zahlt sich jedoch wieder aus, da auf
Grund der 8-förmigen Wicklungstechnik jeder weitere Abgleich der Empfängerwickiung überflüssig wird,
wenn die Querschnitte der Nebenarme hinreichend gleich sind.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die beiden äußeren Hauptarme des Kernes auf der dem
Prüftei! ab^e'.vap.dtep. Seite des Kernes ;;is ^·■>«"·-■>-··"■■>
fortzusetzen und mit Wicklunger zu versehen, die mit denen der Hauptarme in Serie geschaltet sind. Aus diesen
Wicklungen, die nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in Brücke geschaltet wc .-den können,
läßt sich dann eine Spannung gewinnen, die sich stark mit dem Abstand des Kernes von der Prüfteiloberfläche
ändert und die zur Regelung der Signalspannung benutzt werden kann. Es gelingt auf diese Weise, in
einem relativ großen Abstandsbereich eine praktisch konstante Fehlerempfindlichkeit zu gewährleisten.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Figuren durch Beispiele näher erläutert.
F i g. 1 zeigt die perspektivische Ansicht einer Tastspule
mit einem Blockschaltbild eines Teiles des Prüfsystems;
F i g. 2 zeigt die perspektivische Ansicht einer weiteren
Form der Tastsonde und einen Teil eines Prüfsystems.
Die Sonde nach F i g. 1 besitz! eine Primärwicklung 91, weiche an einen Oszillator % angeschlossen ist. Sie
strahlt daher ein Magnetfeld \on ihrer Fläche ab und bewirkt, daß Wirbelströme innerhalb eines der Fläche
gegenüberliegenden Werkstückes erzeugt werden. Die Sonde 90 besitzt weiterhin eine Sckuncärwick'ung 98,
welche auf das von der Oberfläche Jos Werkstückes zurückgestrahlte Magnetfeld ansprüht und dabei ein
Sekundärsignal entsprechend den Ligenschal^er ■■_:·.■■>
Werkstückes erzeugt.
Die Sekundärwicklung 98 ist an Vorrichtungen angeschlossen, welche auf das Sekundärsignal ansprechen
und bewirken, daß die Eigenschi).'1 en des Werkstückes angezeigt werden. Die Sekundärwicklung 98 kann über
einen Verstärker 100 an einen Demodulator, ein Differenzierglied,
einen weiteren Verstärker, eine Meldevorrichtung und/oder einen Oszillographen in der bei Wirbelstromsystemen
üblichen und hier nicht mehr dargestellten Weise angeschlossen werden. Kern 112 der
Sonde 90 besteht aus einem geeigneten magnetischen Material, welches eine hohe magnetische Permeabilität
aufweist. Der Kern 112 kann aus Ferrit bestehen. Der Kern 112 hat ein Rückenteil 114. einen mittleren Arm
116 sowie ein Paar äußere Arme 118, 120 und ist von im
wesentlichen E-förmiger Gestalt. Der mittlere Arm 116
ist durch einen Einschnitt 122 in zwei Teile aufgeteilt, so daß ein Paar von getrennten Nebenarmen 124 und
126 gebildet wird.
Die Sekundär- oder Tastspule 98 kann auf den mittleren Arm 116 gewickelt werden, um ?wei getrennte
Teilwicklungen 128 und 130 zu bilden, welche jeweils auf die Nebenarme 124 und 126 aufgesteckt werden.
Obwohl zwei getrennte Spulen verwendet werden können, kann die Sekundärwicklung 98 auch in der Form
von Achterwindungen gewickelt sein, wobei die beiden Teilwicklungen 128 und 130 genau gleich und einander
entgegengerichtet sind. Diese Teilwicklungen !28 und 130 sind an den Verstärker 100 angeschlossen. Die Primärwicklung
91 kann um den ganzen Kern 112 herumgewickelt werden oder — wie in dieser Anordnung
ausgeführt — zwei getrennte Teile 92 und 94 beinhalten, welche auf den zwei äußeren Armen 118 und 120
sitzen. Diese zwei Teilwicklungen 92 und 94 sind im
gleichen Wicklungssinn gewickelt. Die Felder, welche von den Enden der Arme 113 und 120 abgestrahlt werden,
sind daher in Phase und Richtung gleich. Infolgedessen sind die Feldlinien des magnetischen Flusses in
der Gegend nahe dem mittleren Arm 116 im wesentlichen gradlinig und gleichmäßig verteilt, wo sie in das
ströme, die im Werkstück in der Nähe der Sekundärwicklung
98 erzeugt werden, im wesentlichen gleichförmig sind.
Des weiteren bewirken die äußeren Arme 118 und 120 über eine erhebliche Entfernung von dem mittleren
Arm 116 eine Bündelung des magnetischen Flusses. Daher wird die Flußdichte, die tatsächlich in das Werkstück
eintritt, die Tendenz haben, im wesentlichen konstant zu bleiben, vorausgesetzt, daß der Abstand zwischen
dem Zentralarm 116 und dem Werkstück sich noch innerhalb des gebündelten Bereiches befindet.
Dementsprechend ist der Abhebeeffekt bei diesem Sondentyp 90 erheblich reduziert.
Wenn die Sonde 90 sich einer Diskontinuität der Werkstücksoberfläche nähert, über sie hinwegläuft und
sich von ihr entfernt, so werden Signale dem Verstärker 100 zugeführt, die zur Auflösung extrem kleiner
Fehler führen. Da die Sonde 90 äußerst empfindlich auf Diskontinuitäten parallel zum Einschnitt 122 ist, so sollte
die Sonde 90 mit dem Einschnitt 122 im allgemeinen parallel zu den am häufigsten vorkommenden Arten
von Diskontinuitäten orientiert sein. Zu diesem Zweck kann — wie gezeigt — der Einschnitt 122 der Sonde 90
sich in Längsrichtung der Sonde 90 erstrecken, oder er kann um 90c gedreht werden, so daß er quer zur Sonde
90 verläuft.
Als Alternative kann eine Sonde nach F i g. 2 Verwendung finden. Diese Sonde 154 weist einen Kern 156
auf, welcher aus magnetischem Material wie z. B. Ferrit hergestellt ist und eine hohe magnetische Permeabilität
hat. Der Kern besitzt einen Kernkörper 158, welcher eine Anzahl von Armen hat. die an dessen einander
entgegengesetzten Seiten angebracht sind. Im vorliegenden Beispiel sind dies ein mittlerer Arm 160 oder
162 und ein Paar von äußeren Armen 164 bis 166 oder 168 bis 169 auf jeder Seite. Die Sonde 154 hat deshalb
eine Doppel-E l;,>rm, die einem Sondenpaar 90 ähnelt,
welches Rücken zu Rücken zusammengesetzt wird. In der Tat kann ein Paar solcher Sonden 90 verwendet
werden. Die Arme 160, 164 und 166 auf einer Seite der Sonde 154 bilden eine erste Stirnfläche, während die
Arme 162, ioS und 169 auf der anderen Seite eine zweite
Stirnfläche bilden.
Eine Sekundär- oder Tastspule 170 wird um den mittleren Arm 160 herumgewickelt, der einen Teil der ersten
Stirnfläche bildet. Dieser Arm 160 ist geschlitzt, und die Sekundärwicklung 170 ist in Form einzelner
Achterwindungen im wesentlichen in Übereinstimmung mit der vorher beschriebenen Anordnung ausgeführt.
Eine Primärwicklung 172 und 174 ist um die beiden äußeren Arme 164 und 166 gewickelt, welche den Rest
der ersten Fläche bilden Diese Primärwicklung 172 und 174 ist in einem getrennten Teil für jeden der Arme
164 und 166 aufgeteilt. In Übereinstimmung mit der Anordnung von Fig. 1 wird ein gebündeltes Feld von
der ersten Fläche der Sonde 154 abgestrahlt. Die Primärwicklung 172, 174 ist an einen geeigneten Oszillator
176 /.uv Speisung der Primärwicklung und zur Erzeugung
der Wirbelströme im Werkstück angeschlossen. Die Sekundärwicklung 170 ist an einem Verstärker 178
angekoppelt, welcher mit einem geeigneten zerstö-
"ungsfreien Prüfsystem, ähnlich dem vorher bcsehrie-Denen,
verbunden sein kann. Die Verstärkung des Verstärkers 178 wird bestimmt durch die Größe des am
Regeieingang 180 vorhandenen Signals. Somit ist die Amplitude des verstärkten Signals, weiche am Ausgang
182 steht, eine Funktion von zwei Faktoren. Zunächst ist sie eine Funktion der Amplitude des Signals aus der
Sekundär- oder Tastspule 170, welche durch die Größe der Wirbelströme bestimmt ist. Zum anderen ist sie
eine Funktion des Signals am Regeleingang 180 des Verstärkers 178. Zusätzlich kann eine zweite Primärwicklung
184 bis 186 um die zwei äußeren Arme 168 und 169 auf die zweite Seite des Kernes 156 gewickelt
werden. Diese Wicklung 184 bis 186 stimmt im wesentlichen mit der ersten Primärwicklung 172 bis 174 auf
den Armen 164 bis 166 überein. Die Wicklung 184 bis 186 ist verbunden mit dem Oszillator 176, wobei sie ein
zweites Magnetfeld erzeugt, welches von der zweiten Fläche abgestrahlt wird. Die Wickiungssäize der Primärwicklungen
172 bis 174 und 184 bis 186 werden an den Oszillator 176 angeschlossen, indem man ein Paar
von Abgleichwiderständen 190 bis 192 verwendet, um eine Brückenschaltung herzustellen. Der Oszillator 176
ist mit einer Diagonale der Brücke verbunden, wobei die Anschlüsse an den gegenüberliegenden Luden der
Widerstände 190 bis 192 die zweite Brückendiagonale 194 bilden. Es versteht sich, daß an Stelle einer Brükkenanordnung
die zwei Wicklungssätze 172 bis 174 und 184 bis 186 auch in einer Diffcrentialanordnung aufgebaut
werden können, bei welcher der Oszillator beide speist, während sie in Serie gegeneinander geschaltet
sind. Eine Regelspannung wird dann vor den Anschlüssen zwischen den Wicklungen gewonnen und dem Regeleingang
180 zugeführt.
Wenn der Kern 156 sich weit entfernt von irgend welchen
störenden Materialien befindet, so sind die Primärwicklungen 172 bis 174 und 184 bis 186 gegeneinander
abgeglichen, und an der Brückendiagonalc 194 wird keine Spannung stehen. Wenn jedoch die erste Fläche
der Sonde sich dem Werkstück nähert, so wird der Pri-
:iiärwicklungss;.tz 172 bis 174 durch den Werkstoff des
!'rüfstiickes beeinflußt, und der Scheinwiderstand verändert sich. Der Scheinwidersland des /weiten Satzes
voi; !Yimär\vickluni;cn 184 bis 186 bleibt im wesentlichen
unverändert, infolgedessen kommt die Brücke aus dem GiciLiigcwiciu. und cm Signal wird an der Brukkendiagonale
194 erzeugt. In dem Maße, wie die Sonde
154 sich der Oberfläche des Werkstücks nähert, nimmt
die Beeinflussini;.; J-j" "ninärwicklung (72 bis 174 zu.
und die Größe des Si;· ,ils w.khsi an, wobei ein ständig
größer werdendes Sig;;al er/eugi wird. Dieses Signal
wird dem Kontroileingang 180 des Verstärkers 178 zugeführt und veriingeri dessen Verstärkung, d. h„ es bewirkt
eine automatische Verstärkungsregelung.
Bei Abnahme des Abslandes zwischen der Stirnfläche der Sonde 154 und dem Werkstück wird die Sekundärwicklung
170 zunehmend empfindlicher gegenüber Feldern, welche von der Oberfläche des Werkstückes
/.urückgesiralilt werden. Durch eine geeignete Wahl
der Komponenten kann das anwachsende Regelsignal so eingestellt werden, daß es die Verstärkung des Verstärkers
178 in gleichem Maß verringert, wie die Empfindlichkeit der Sonde 154 zunimmt. Als Folge dessen
kann die Gesaintempfindlichkeil des Prüfsystems im wesentlichen konstant gehallen und praktisch unabhängig
vom Abstand /wischen Sonde und Oberfläche gemacht werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Wirbelstromsonde zur Fehlerprüfung von Werkstücken aus elektrisch leitendem Material, bestehend
aus einem Kern aus ferromagnetische^)
Material, einer Primärwicklungsanordnung zur Erregung des Kernes mit einem magnetischen Wechselfeld
und zur Erzeugung von Wirbelströmen in den zu prüfenden Werkstücken sowie aus einer Sekundärwicklungsanordnung
zum Empfang von Signalen, die durch von den Wirbelströmen erzeugte Magnetfelder in der Sekundärwtckli'ngsanordnurtg
induziert werden, wobei die dem Prüfteil zugewandte Seite des Kernes in mehrere Arme aufgeteilt ist,
auf die Primär- und Sekundär-Wicklungsanordnung aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Prüftei1 zugewandte Seite des aus einheitlichem Material gebildeten Kernes (112;
156) durch zwei Einschnitte in drei Hauptarme (116, 118, 120; 160, 164, 166) und der mittlere (116; 160)
dieser Hauptarme durch einen weiteren, zu den beiden vorgenannten Einschnitten senkrecht verlaufenden
Einschnitt (122), in zwei Nebenarme (124, 126) geteilt werden, daß die beiden äußeren Hauptarme
(118, 120; 164. 166) jeweils wenigstens eine Wicklung (92, 94; 172, 174) der Primärwicklungsanordnung
(91) tragen und daß die Sekundärwicklung (98: 170) in einer Anzahl S-förmiger Einzelwindungen
um die beiden Nebenarme geschlungen ist.
2. Wirbelstromsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Hauptarme
(164,166) mit den Wicklungen (172, 174) sich auf der dem Prüfteil abgewandte.n Seite des Kernes (156)
als zwei Gegenarme (168,169), die beide wenigstens eine mit der Primärwicklungsanordnung in Serie
geschaltete Wicklung (184. 186) zur Erzeugung eines abstandsabhängigen Signals tragen, fortsetzen.
3. Wirbelstromsonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (172, 174) auf
den beiden äußeren Hauptarmen (164, 166) und die Wicklungen (184, 186) auf den beiden Gegenarmen
(168,169) Glieder einer Brückenschaltung bilden.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US64165867A | 1967-05-26 | 1967-05-26 | |
US64165867 | 1967-05-26 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1773501A1 DE1773501A1 (de) | 1971-06-16 |
DE1773501B2 true DE1773501B2 (de) | 1976-02-26 |
DE1773501C3 DE1773501C3 (de) | 1976-10-21 |
Family
ID=
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2850433A1 (de) * | 1977-11-22 | 1979-05-23 | British Steel Corp | Vorrichtung zum auffinden von oberflaechenfehlern an werkstuecken |
DE3139491A1 (de) * | 1981-09-29 | 1983-04-07 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Wirbelstrommesseinrichtung zur erkennung von oberflaechenfehlern |
DE102013015079A1 (de) * | 2013-09-06 | 2015-03-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Sensoranordnung zur berührungslosen und zerstörungsfreien Charakterisierung von Proben oder Bauteilen aus nichtferromagnetischen Werkstoffen |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2850433A1 (de) * | 1977-11-22 | 1979-05-23 | British Steel Corp | Vorrichtung zum auffinden von oberflaechenfehlern an werkstuecken |
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DE102013015079A1 (de) * | 2013-09-06 | 2015-03-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Sensoranordnung zur berührungslosen und zerstörungsfreien Charakterisierung von Proben oder Bauteilen aus nichtferromagnetischen Werkstoffen |
DE102013015079B4 (de) * | 2013-09-06 | 2016-09-01 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Sensoranordnung zur berührungslosen und zerstörungsfreien Charakterisierung von Proben oder Bauteilen aus nichtferromagnetischen Werkstoffen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1773501A1 (de) | 1971-06-16 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |